Непосредственный впрыск топлива что это

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

Немного истории

Прямой впрыск – идея не новая, в истории имеется ряд примеров, где такая система использовалась. Первое массовое использование такого типа питания мотора было в авиации в средине прошлого века. Использовать ее пытались и на автотранспорте, однако широкого распространения она не получила. Систему тех годов можно рассматривать как некий прототип, поскольку она была полностью механической.

«Вторую жизнь» система непосредственного впрыска получила в средине 90-х годов 20 века. Первыми свои авто с установками, имеющими прямой впрыск, оснастили японцы. Разработанный в Mitsubishi агрегат получил обозначение GDI, которое является аббревиатурой «Gasoline Direct Injection», что обозначается как непосредственный впрыск топлива. Чуть позже Toyota создала свой мотор – D4.

Прямой впрыск топлива

Со временем моторы, в которых используется прямой впрыск, появились и у других производителей:

• Концерн VAG – TSI, FSI, TFSI;
• Mercedes-Benz – CGI;
• Ford – EcoBoost;
• GM – EcoTech;

Непосредственный впрыск не является отдельным, совершенно новым типом, и относится он к инжекторным системам подачи топлива. Но в отличие от предшественников, топливо у него впрыскивается под давлением сразу в цилиндры, а не как раньше – во впускной коллектор, где бензин перемешивался с воздухом перед подачей в камеры сгорания.

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Как работает непосредственный (прямой) впрыск топлива и чем он лучше? Видео

Чем отличается от распределенного впрыска?

Зачастую, когда описываются двигательные характеристики, можно увидеть аббревиатуры MPI, а также GDI. Если по этому поводу задать вопрос какому-нибудь консультанту, работающему в автосалоне, или же любому автослесарю, то они с большей долей уверенности будут говорить что впрыск топлива напрямую — это лучшее что придумано для в последнее время. А распределенный впрыск (MPI) устарел и вообще прошлый век. Теперь опишем в чем разница между ними.

Распределенный

Ее разработали еще тогда, когда появились первые инжекторы. Принцип работы в приготовлении ТВС прямо во впускном коллекторе. Другими словами, расположение форсунок определяется в коллекторе. Во впускной коллектор также обеспечивается доступ воздуха, кода открывается дроссельная заслонка. В результате чего образуется смесь. Затем она поступает к цилиндрам сквозь клапана, посредством разреженности получаемой при поршневом движении. Не стоит считать, что MPI более не используется. Производство моторов с MPI есть и в настоящее время. Хоть они считаются более простыми, но соответственно и меньше стоят.

Непосредственный

При применении этого решения смесь образуется в самом цилиндре. Расположение форсунок – в двигательном блоке, одна приходится на один цилиндр. Топливо поступает прямо в него в необходимый момент.

Принципы функционирования определяют достоинства и недостатки каждой из систем коротко: MPI обладает большей простотой и надежностью. Вообще MPI — это развитие карбюраторной системы, более мощная. Однако она уступает системе непосредственного впрыска топлива, поскольку она более современная и эффективная.

Конструктивные особенности и принцип работы

Прямой впрыск бензина по принципу очень схож с дизелем. В конструкции такой системы питания имеется дополнительный насос, после которого бензин уже под давлением поступает на форсунки, установленные в ГБЦ с распылителями, находящимися в камере сгорания. В требуемый момент форсунка подает топливо в цилиндр, куда через впускной коллектор уже закачан воздух.

Конструкция данной системы питания включает:

• бак с установленным в нем топливоподкачивающим насосом;
• магистрали низкого давления;
• фильтрующие элементы очистки топлива;
• насос, создающий повышенное давление с установленным регулятором (ТНВД);
• магистрали высокого давления;
• рампа с форсунками;
• перепускной и предохранительный клапаны.

Схема топливной системы с непосредственный впрыском

Назначение части элементов, такие как бак с насосом и фильтра описаны в других статьях. Поэтому рассмотрим назначение ряда узлов, использующихся только в системе прямого впрыска.

Одним из основных элементов в данной системе является насос высокого давления. Он обеспечивает поступление топлива под значительным давлением в топливную рампу. Конструкция его у разных производителей отличается — одно или многоплунжерная. Привод же осуществляется от распределительных валов.

Также в систему включены клапана, которые предотвращают превышение давления топлива в системе выше критических значений. В целом же регулировка давления выполняется в нескольких местах – на выходе из насоса высокого давления регулятором, который входит в конструкцию ТНВД. Имеется перепускной клапан, контролирующий давление на входе в насос. Предохранительный же клапан следит за давлением в рампе.

Работает все так: топливоподкачивающий насос из бака по магистрали низкого давления подает бензин на ТНВД, при этом бензин проходит через фильтр тонкой очистки топлива, где удаляются крупные примеси.

Плунжерные пары насоса создают давление топлива, которое при разных режимах работы двигателя варьируется от 3 до 11 МПа. Уже под давлением топливо по магистралям высокого давления поступает в рампу, которая распределяется по его форсункам.

Работа форсунок контролируется электронным блоком управления. При этом он основывается на показаниях множества датчиков двигателя, после анализа данных, он производит управление форсунками – момента впрыска, количества топлива и способа распыла.

Если на ТНВД подается количество топлива больше необходимого, то срабатывает перепускной клапан, который часть топлива возвращает в бак. Также часть топлива сбрасывается в бак в случае превышения давления в рампе, но делается это уже предохранительным клапаном.

Устройство системы

GDI включает в себя ТНВД, рампу,а также механизм регулирующий давление смеси. В нее входит система датчиков (ВД, входные датчики), клапан предохранения, форсунки, Кроме того, туда же входит управляющий блок.

ТНВД выполняет основную работу — подает бензин на форсунки, с высоким давлением. Оно варьируется от трех до одиннадцати мегапаскалей, и позволит работать двигателю внутреннего сгорания в бесперебойном режиме. В ТНВД может быть один плунжер или же какое то количество, которые приводит в работу распредвал.

Рампу применяют для того чтобы доставить бензин к форсункам. И чтобы поддерживать давление топливного контура. Он защищает ТС от избыточного давления. Оно возникает тогда когда топливная смесь воспламеняется и сильно расширяется.

Регулятор, которые изменяет давление, дозирует бензин через насос, учитывая технические характеристики которые имеют топливные форсунки. Он находится в ТНВД. Датчик высокого давления измеряет уровень давления ТС. Сигналы, которые передаются этим датчиком служат основание для того чтобы поменять уровень давления рампы.

При помощи форсунок впрыскивается бензин, который принимает камера сгорания, после чего образуется ТВС. Обычно механизм который управляет подачей топлива напрямую, состоит из управляющего блока, датчиков входа, а также исполняющих механизмов.

Особенности эксплуатации системы

Главным требованием для корректной работы двигателя с прямым впрыском топлива является использование качественного бензина. Оптимальная марка топлива, как правило, указывается в инструкции к автомобилю.

Обычно рекомендуется заливать бензин с октановым числом не менее 95. Однако важно учитывать, что этот уровень не должен быть обеспечен за счет различных присадок. Исключение составляют присадки, рекомендованные производителем двигателя и автомобиля.

Низкое качество топлива, особенно при высоком проценте содержания серы, бензола и углеводородов в отечественном бензине способствует преждевременному износу форсунок, что может вывести двигатель GDI из строя.

Не менее требователен бензиновый мотор с непосредственным впрыском к тому, какое масло применяется в системе. Здесь лучше всего следовать инструкциям производителя.

Принцип действия

Самым главным компонентом системы служит ТНВД. При его помощи бензин поступает в рампу с большим давлением. он может быть конструктивно совершенно разным, это зависит от того кто его произвел. Основное различие насосов — в количестве плунжеров, он может быть в единственном числе или их может быть несколько. Осуществление привода происходит при помощи распредвалов. Кроме того, в системе есть клапаны, предотвращающие давление в ТС больше установленных пределов. В основном давление регулируется по нескольким точкам. Например, когда топливо выходит из топливного насоса высокого давления, эту функцию выполняет регулятор, входящий в его состав.

Также в нем есть клапан предохранения (далее ПК), функцией которого является контроль давления. Посредством ПК происходит отслеживается давление рампы. С помощью насоса подкачивающего топливо из бака, с использованием магистрали НД, происходит его подача на ТНВД. Перед этим бензин очищается посредством фильтра обеспечивающего его тонкую очистку, с удалением больших фракций. При помощи плунжеров создается топливное давление в диапазоне от трех до одиннадцати мегапаскалей. После чего, бензин, используя магистрали ВД оказывается в рампе, и уже она распределяет его на форсунки. Форсунки функционируют под контролем управляющего блока. Данный блок принимает во внимание информацию, которую ему поставляют датчики расположенные на двигателе. На ее основании он и управляет действиями форсунок.

Определяется когда должен происходить впрыск, сколько на это нужно бензина, а также каким способом будет происходит распыление. В том случае, когда на ТНВД приходит объем бензина превышающий нужный уровень, то ПК отправляет его в обратном направлении – в бак. Также сброс бензина происходит тогда когда увеличивается уровень давления в рампе. Этим занимается ПК.

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

• Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
• Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
• Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить – форсунки подлежат только замене. Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
• Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.

Какая из систем лучше для простого водителя

Минусы «Джидай» моторов

1. Повышенные требования к качеству бензина.
2. Закоксовка впускных клапанов, так как они не омываются топливом, как при распределенном впрыске.
3. Образование нагара на распылителях топливных форсунок. Им нужно чаще производить чистку и ревизию. Так как они рассчитаны на высокое давление, то не каждый стенд может их полностью промыть. Замена уплотнительных колец на форсунках и связанный с ними «геморрой».
4. Высокая цена обслуживания системы GDI впрыска и её ремонт.

Плюсы

1. Экономичность;
2. Эффективность и большая мощностью на один грамм топлива до 15%;
3. Экологичность.

Новые разработки

Конструкторы же на достигнутом не останавливаются. Своеобразную доработку прямого впрыска сделали в концерне VAG в силовом агрегате TFSI. У него систему питания объединили с турбокомпрессором.

Интересное решение предложила компания Orbital. Они разработали особую форсунку, которая помимо топлива впрыскивает в цилиндры еще и сжатый воздух, подающийся от дополнительного компрессора. Такая топливовоздушная смесь обладает отличной воспламеняемостью и хорошо сгорает. Но это пока только разработка и найдет ли она применение на авто, пока неизвестно.

В целом же, непосредственный впрыск сейчас является самой лучшей системой питания в плане экономичности и экологичности, хоть и имеются у нее свои недостатки.